Com crear un programa de manteniment predictiu per als calefactors PFA basat en els cicles tèrmics acumulats registrats?

Els escalfadors de PFA fallen principalment per mecanismes de fatiga--estrès cíclic tèrmic, fluïdesa, esquerdament per tensió ambiental--no desgast uniforme. El millor predictor de la vida útil de l'escalfador és el nombre total de cicles tèrmics (un canvi de temperatura de $\\ge 30^\\circ$C d'encesa a apagada o de lot a lot) i això és millor que el temps natural o les hores totals de funcionament. La mitjana de cicles fins a la fallada d'un escalfador PFA de servei industrial comú (paret de 2 mm, 4 W/cm2, líquid de 80 graus) és de 8.000 a 12.000 cicles. Es pot activar una acció d'inspecció o substitució en llindars de cicle predefinits mitjançant un factor de consum de vida basat en cicles per construir un programa de manteniment predictiu i es poden registrar cicles acumulats. A més de disminuir les substitucions prematures, aquest mètode també disminueix les fallades no programades entre un 60 i un 80% en comparació amb els programes basats en calendari.

Enfocament del recompte de cicles
Un cicle tèrmic es defineix com un canvi de temperatura de 30 graus o més a la superfície de l'escalfador al punt més calent (sovint entre 10 i 20 cm per sobre de l'extrem fred). En el cas d'escalfadors que no tenen sensors de temperatura in-situ, es pot utilitzar el controlador de procés per inferir el cicle: cada vegada que l'escalfador s'activa després d'estar apagat durant més de 30 minuts (la funda s'haurà refredat a prop de l'-ambient) compta un cicle. Per als procediments per lots en què el dipòsit es refreda completament entre execucions de lots, cada lot és un cicle. Recompte de cicles per esdeveniment de neteja per a processos continus amb temperatura constant però neteja diària (CIP) que refreda el dipòsit. Per als processos amb escalfament intermitent (p. ex. punt de consigna amb histèresi) només compta els cicles quan la temperatura baixa més de 15 graus per sota del punt de consigna, de manera que els canvis modestos (5-10 graus) no es consideren cicles sencers.

Els cicles d'enregistrament es poden fer connectant un comptador electromecànic bàsic (relé totalitzador) al contactor de l'escalfador. Si el contactor s'obre durant més de 30 minuts, el comptador augmenta quan es tanca. Els mètodes més complexos utilitzen un PLC o un sistema de registre de dades per registrar la temperatura i l'electricitat. El recompte de cicles s'ha d'emmagatzemar a la memòria no-volàtil i només es reinicia quan es substitueix l'escalfador. En instal·lacions amb més d'un escalfador, cada escalfador ha de tenir el seu propi comptador de cicles (o un identificador únic al sistema de control).

Factors dels cicles de consum de vida
But not all cycles are created equal. The Coffin-Manson fatigue relationship for PFA (damage ∝ ΔT^2.5–3.0) suggests that a cycle with ΔT=100°C (e.g. 20°C to 120°C) causes 8–10× greater fatigue damage than a cycle with ΔT=30°C (e.g. 50°C to 80°C). Low watt density heating cycles are less damaging than high watt density (>4 W/cm^2) cicles de calefacció. Si l'escalfador està sec (exposat a l'aire) durant una part del cicle, això provoca danys greus. Per tant, un simple recompte de cicles ha de ser ponderat per un factor de gravetat. Cicles de danys equivalents (EDC)=cicles reals * (ΔTactual / ΔTref) n * (qactual / qref) m ΔTref=50 grau n=2.5 qref=3 W/cm2 m=1.5 Per a un escalfador a ΔT{{11} grau (factor (80/50)^2.5=1.6^2,5 ≈ 4,0) i q=4 W/cm2 (factor (4/3)^{1.5=1.33^1,5 ≈ 1,5), EDC=cicles reals x 6,0 Per al mateix escalfador Δ{2}cm{2}W/cm2, EDC=graus=cicles reals x (0,6)2,5 x (0,67)1.5=cicles reals x 0,22 x 0.55=cicles reals x 0,12.

Per a un manteniment predictiu efectiu, la majoria de les instal·lacions utilitzen una classificació de gravetat simplificada:

Classe de gravetat ΔT per cicle Densitat de watts (W/cm2) Gravetat ambiental Multiplicador de danys (en relació a lleu) Exemple típic de procés
Lleu 30 – 40 graus 2,5 Líquid net, sense xoc tèrmic 1,0 × Escalfament continu d'aigua, temperatura constant
Moderat 40-60 graus 2,5-3,5 Líquid net, cicle lent 2,5-3,5x Placat per lots, cicles diaris
Sever 60-80 graus 3,5-5,0 Ensuciació moderada, algun xoc tèrmic 6-10 × Bany de decapat, nombrosos canvis de lot
Extreme >80 °C or dry exposure >5.0 Substàncies químiques agressives, estrès tèrmic, cicles secs 20-50 x Àcid d'alta temperatura amb apagat
Programa de manteniment predictiu de cicles acumulats
Classe de gravetat Cicles fins a la primera inspecció (visual, resistència a l'aïllament) Cicles fins a la substitució preventiva (80% de la vida útil prevista) Cicles mitjans fins a la fallada prevista Equivalent de temps del calendari (1 cicle/dia)
Lleu 5,000 10,000 15,000 a 20,000 27 a 55 anys (sovint sobreviu a l'escalfador)
Moderat 2,000 4,000 5,000–8,000 5–8 anys
Sever 800 1,500 2,000-3,500 2-5 anys
Extrems 200-400 500-1,000 0.5-1.5 anys
Implementació de l'horari predictiu
Step 1: Fit cycle counters to all important heaters. For new installations provide heaters with a cycle counter built-in or supply a cycle counting relay in the control panel. It has to be power-loss resistant (either mechanical or battery-backed electrical). Step 2: Monitor both cycles and actual heater operation for the first 6 months. Insulation resistance testing should be carried out at 100 cycle intervals to establish a baseline link between cycles and degradation (a decline in insulation resistance from >1.000 MΩ a 100-500 MΩ indica l'inici d'una degradació greu). Pas 3: calibreu el llindar de substitució d'aquest procés amb la línia de base. Si, per exemple, la resistència d'aïllament cau a 200 MΩ a 800 cicles, establiu la substitució preventiva a 600 cicles (75% de l'inici de la degradació). Pas 4. Enregistreu el recompte de cicles a cada canvi d'escalfador. Prengui la mitjana de diversos escalfadors per obtenir millors classificacions de classe de gravetat per al procediment.

Les instal·lacions sense comptadors de cicles poden estimar raonablement els recomptes de cicles multiplicant els dies de funcionament per una freqüència de cicle esperada. Suposant una planta de xapat per lots amb un lot per dia, això seria de 300 cicles cada any. Assumiu 50 cicles/any per a la cua contínua amb neteja setmanal. Per a una línia amb diversos cicles d'encesa/apagada al dia (p. ex., funcionament intermitent), compta els cicles reals durant una setmana i extrapola. L'error degut a l'aproximació és generalment +/- 30-50%. Això és millor que les programacions basades en el calendari (error +/- 200% o més), però pitjor que el recompte de cicles real.

Estimate cycles from process logs for heaters in operation without cycle history. The log indicates the number of batches, cleaning cycles or power interruptions. Count 1 cycle every heating cycle (power on after >30 minuts de descans). Multipliqui pel multiplicador de gravetat de la taula anterior: per a un escalfador que ha funcionat durant 3 anys amb 1 cicle al dia (1.095 cicles) amb una gravetat moderada (multiplicador 3×), EDC=3,285. L'escalfador està en una configuració moderada i s'ha de revisar aviat. Substituïu en el termini de 3 mesos si els cicles de danys equivalents són superiors al nivell de reemplaçament preventiu.

Conclusió: allargament de la vida útil i evitació d'errors a través de la programació basada en cicles-
Un programa de manteniment predictiu basat en un calendari basat en cicles tèrmics acumulats disminueix les avaries no programades de l'escalfador de PFA en un 60-80% i les substitucions prematures en un 30-50%. Col·loqueu relés totalitzadors bàsics (comptadors de cicles) a cada escalfador, determineu la gravetat del procés (lleu, moderada, severa, extrema) i apliqueu límits de cicle per a la inspecció (al 50-70% de la vida esperada) i la substitució preventiva (al 80% de la vida esperada). Si teniu nombrosos escalfadors per a un procés, feu un seguiment dels cicles per separat. L'escalfador al llarg de la paret del dipòsit pot tenir cicles diferents que l'escalfador situat cap al centre del dipòsit a causa del diferencial de temperatura localitzat. Programeu l'ajust després de la primera fallada de calefacció comparant els cicles reals amb la fallada amb el llindar esperat. En llocs on les avaries de l'escalfador de PFA han estat impredictibles, la introducció del recompte de cicles sol reduir el temps d'inactivitat relacionat amb les fallades en un 70-90% el primer any. El cost d'un comptador de cicles (50–150 perescalfadors) es recupera després d'evitar una falla no planificada (50–150 perescalfadors) es recupera després d'evitar una fallada no planificada (500–5.000 en temps d'inactivitat i substitució). Utilitzeu els comptadors de cicles PLC en processos essencials i feu que s'almen automàticament quan arribin al 80% del llindar de substitució. Els cicles tèrmics de memòria de l'operador no es construeixen de manera silenciosa i el temps del calendari és un mal substitut. Comptar els cicles. Els cicles us indicaran quan substituïu.